Led串的串行供電電路及方法
2024-02-13 15:16:15 2
專利名稱：Led串的串行供電電路及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於驅動或者供電給負載的電路，這些負載例如LED(發光二極體)，尤其涉及一種用於驅動或者供電給多個串聯連接的LED的電路或者方法。
背景技術：
參考圖1，示出了現有技術中的一種用於驅動或者供電給多個LED的典型電路10。例如，圖1中，電路10用於驅動四個LED 22、24、26和28。應看出，LED 22、24、26和28是並聯的。將一個外置電壓源連接到驅動器12，用於向驅動器12提供電壓Vcc。驅動器12具有低回動(LDO)調節器14，用於提供已調節的電壓Vreg給LED 22、24、26和28。已調節電壓Vreg例如可以為3.3伏。將LED 22、24、26和28分別連接到開關32、34、36和38以及電阻42、44、46和48。如圖1中所示，LED 22、24、26和28，開關32、34、36和38以及電阻42、44、46和48分別串聯連接。
舉例來說，假設LED 22、24、26和28中每一個均需要10mA的工作電流。那麼，一種情形是，外置電壓源的電壓Vcc為30V，LED 22、24、26和28的功率需要量為Pw，其中Pw的計算公式如下Pw＝30V*4*10mA＝1.2W。
在實際使用中，電路10可以安裝在可攜式裝置內，例如蜂窩式電話、數位相機、膝上型計算機、電動汽車或可攜式電動工具等。如現有技術的圖1所示，使用了單個高壓集成電路(IC)，並因此僅僅提供一個單個高壓電源。不管負載電流從低壓調節器還是從較高壓調節器流出，電流都流經IC，並且必須消耗顯著數量的功率。從某些角度來說這是顯著的，例如，IC設計、系統功率分配和系統內的功率消耗。
發明內容
本發明的一個目的在於提供一種用於使用低電流驅動或供電給多個LED的電路或方法。
為了獲得上述目的，本發明提供一種電路，其通過一外置電壓源來驅動多個LED。這些LED是串聯連接的。該電路包括分別並聯到多個LED、用於單獨控制各個LED的亮度的多個開關。在另一實施例中，該電路還包括分別連接到上述多個開關、用於單獨控制各個開關的多個脈寬調製(PWM)信號。
本發明的其它目的、優點和新穎特徵，將會由於結合附圖所進行的下列詳細描述而變得更清楚。
圖1為在現有技術中用於驅動多個LED的電路結構圖。
圖2為根據本發明的實施例的用於驅動多個LED的電路結構圖。
圖3為根據本發明的一個實施例的為電池充電的方法的流程示意圖。
具體實施例方式
現將參考本發明的實施例的LED串的串行供電來進行詳細描述。當結合實施例描述本發明時，可以理解其不會試圖將本發明限制到這些實施例中。相反地，本發明旨在覆蓋包括在由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍內的所有的選擇、變形以及等同物。
此外，在本發明的下列詳細描述中，陳述了大量具體細節，以提供對本發明的全面理解。然而，一個本領域普通技術人員將會認識到，本發明無需這些具體細節就可以實施。另外，在某些情況下，為了不致於掩蓋本發明的實質內容，沒有對已知的方法、處理過程、元件和電路作詳細描述。
請參考圖2，其示出了根據本發明實施例的用於驅動和供電給多個負載(例如LED)的電路100。圖2所示的電路100用來驅動四個LED 122、124、126和128，當然，在其它實施例中，負載的個數並不應受到限制，電路100可以支持任意個數的負載，例如n個LED(n＝2，3，4，...)。對於本領域的技術人員來說，本發明的其它實施例中顯然也支持使用其它類型的負載來代替LED 122、124、126和128。
如圖2中所示，LED 122、124、126和128彼此串聯連接，形成一個LED串150。一外置電壓源連接於驅動器112，用以給驅動器112提供電壓Vcc。驅動器112具有線性調節器，例如電壓輸出器、分路調節器或者低回動(LDO)調節器114，用於向LED 122、124、126和128提供已調節電壓Vreg。對於本領域的普通技術人員來說，顯然電壓Vcc通常高於已調節電壓Vreg，外置電壓源未經過調節。
串聯後的LED 122、124、126和128共同與電阻140和開關130串聯。另有多個開關132、134、136和138分別並聯到每個LED 122、124、126和128上，例如，開關132與LED 122並聯連接。在一個實施例中，經由驅動器112的LDO調節器114調節的已調電壓Vreg被輸出至電阻140以及LED 122、124、126和128，從而使所有的LED 122、124、126和128被點亮。
分別與LED 122、124、126和128並聯的開關132、134、136和138能夠單獨控制LED 122、124、126和128各自的亮度。開關132、134、136和138分別用作LED 122、124、126和128的電流通路的旁路。例如，開關132用作LED 122的電流通路的旁路，開關134用作LED 124的電流通路的旁路，開關136用作於LED 126的電流通路的旁路，以及開關138用作LED 128的電流通路的旁路。可以看出，當開關132被短路或被禁止時，LED 122將被關閉。
相反地，當開關132被開啟或啟用時，LED 122將被接通。類似的，LED 124、126和128分別在開關134、136和138的控制下實現開啟和關閉。
結合一特定實施例，本發明還可進一步引入脈寬調製電路(PWM)控制方法。換言之，可以將PWM信號施加到開關132、134、136和138上，以單獨控制LED 122、124、126和128的亮度。以LED 122為例，可以使用一個控制器(未圖示)產生PWM信號來啟用或禁止開關132，以便控制LED 122的亮度或者使得LED 122的亮度變暗。具體地，當LED 122、124、126和128中的任一個被短路或者關斷時，其餘LED的亮度也將會變化。可以使用PWM信號來控制其餘LED的開關，以便抑制其亮度變化。另外，當LED 122、124、126和128具有不同的顏色時，也可以使用開關132、134、136和138來消除LED 122、124、126和128之間的亮度差異。
根據本發明的一個實施例，流經每一個LED 122、124、126和128的電流可以由開關132、134、136和138來轉向。流經開關的轉向電流的範圍從0到最大電流值Id_max，如公式1中所示Id_max＝Vled/Ronsw (1)在公式1中，Vled是每個LED 122、124、126和128的額定電壓；而Ronsw是在流經電阻140的電流小於[Vreg-NxVled]/R1的條件下每個開關132、134、136和138的阻抗，在下文中將詳細描述。
在此情形中，根據本發明的一個實施例，電流按照一個與施加到開關的PWM信號的佔空比成比例的因子進行分流。為了說明，採用LED 122為例，當在電阻140上的電流為Iex時，LED 122的電壓為V122，而開關132的阻抗為R132。流經開關132的電流從0變化到Id max＝V122/R132，流經LED 122的電流從Iex變化到Iex-(V122/R132)。如果(V122/R132)大於或者等於Iex，則流經LED122的電流從Iex變化到0。
類似的，流經LED 124、126和128的電流可以分別由開關134、136和138從Iex調製到0。因此，不論有多少個LED在給定的時間內被接通，流經LED的電流都可以被單獨地調節。
當所有LED 122、124、126和128都需要被接通時，需要引入一初始電流Icc_max，如公式2中所示Icc_max＝[Vreg-NxVled]/R1 (2)在公式2中，NxVled是LED 122、124、126和128的電壓之和；R1是電阻140的電阻值。
根據本發明的一個實施例，初始電流Icc_max必須小於最大連續電流，該最大連續電流是流經LED 122、124、126和128的最大需要電流。
根據本發明的另一實施例，開關130可以用來關斷所有的LED 122、124、126和128。同樣，也可以使用開關130來控制或者減低LED 122、124、126和128的整個LED串150的亮度。
很顯然，根據本發明的一個實施例的電路100能夠供電給或者驅動多個LED(例如，LED 122、124、126和128)，並且可以減小流經串聯的任意個數的LED的電流。因此，本發明的電路100能夠顯著地減小功率消耗。
請參考圖3，其示出了根據本發明的實施例的用於驅動發光二極體的方法200。根據步驟210，多個發光二極體(LED)進行串聯連接。根據步驟212，多個第一開關分別並聯連接到多個LED，即，多個LED的每一個都並聯連接到多個第一開關中的一個對應開關。根據步驟214，第二開關串聯連接到LED。此開關控制多個LED的功率。根據步驟216，將一電源連接到多個LED的一端，以向多個LED輸送功率。根據步驟218，調節電源以產生一個已調電壓。已調電壓連接到多個LED的一端，用於向LED供電。根據步驟220，多個脈寬調製(PWM)信號分別連接到多個第一開關，用於單獨地控制多個LED中的每一個的亮度。根據步驟222，通過控制第二開關來控制多個LED的全部亮度。即，當第二開關閉合時，電源將供電給多個LED；當第二開關斷開時，電源將不對多個LED供電。
以上的描述和附圖表示了本發明的優選實施例。可以理解，在不背離由所附權利要求所定義的本發明的原理的精神和範圍的條件下，各種增加、變形和替換都應被包含在本發明的保護範圍之內。本領域技術人員在本發明的實際使用中，可以以各種形式、結構、布置、比例、材料、元件和部件等等變形的方式來應用本發明，這些僅為了適應特定環境和操作的需要，而並不背離本發明的原則。例如，可以用其他類型的負載來代替上述實施例中所描述的LED。又如，PWM信號可以是模擬的或者數字的。當前公開的實施例因此被認為在各個方面是說明性質的，而非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求和其合法等同物所指定，並且不限於上述的描述。
權利要求
1.一種用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，包括一電壓源；多個串聯連接的發光二極體，其中所述電壓源連接到所述多個發光二極體的一端；以及多個開關，其中每一開關均與所述多個發光二極體中的一個對應的發光二極體並聯連接，用以單獨地控制該對應的發光二極體的亮度。
2.如權利要求1所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括多個分別連接到所述多個開關的PWM信號，用以單獨地控制多個所述開關中的每一個。
3.如權利要求2所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，所述多個PWM信號中的一個具有一佔空比，以調製流經所述對應的發光二極體的電流。
4.如權利要求3所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，所述流經對應的發光二極體的電流被從0調製到一個預定值。
5.如權利要求1所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括與所述多個發光二極體串聯的一第二開關，其用以控制所述多個發光二極體的亮度。
6.如權利要求1所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括與所述電壓源連接的一低回動調節器，其用以產生已調電壓，以供電給所述多個發光二極體。
7.如權利要求1所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括一個串聯連接到所述多個發光二極體的電阻。
8.一種用於驅動發光二極體的方法，其特徵在於，包括串聯連接多個發光二極體；將一電源連接到所述多個發光二極體的一端；以及將多個開關中的每一個分別與所述多個發光二極體中的對應的一個發光二極體並聯連接，用以單獨地控制所述對應的發光二極體的亮度。
9.如權利要求8所述的用於驅動發光二極體的方法，其特徵在於，還包括打開開關以關斷所述對應的發光二極體；以及閉合所述開關以接通所述對應的發光二極體。
10.如權利要求8所述的用於驅動發光二極體的方法，其特徵在於，還包括藉助一個PWM信號來控制開關，由此控制輸送給所述對應的發光二極體的功率。
11.如權利要求10所述的用於驅動發光二極體的方法，其特徵在於，所述PWM信號具有一個佔空比，以調製流經所述對應的發光二極體的電流。
12.如權利要求10所述的用於驅動發光二極體的方法，其特徵在於，所述流經每個發光二極體的電流均可以被從0調製到一個預定值。
13.如權利要求10所述的用於驅動發光二極體的方法，其特徵在於，還包括調節所述電源以產生一個已調電壓，用以供電給所述多個發光二極體。
14.如權利要求10所述的用於驅動發光二極體的方法，其特徵在於，還包括串聯一第二開關至所述多個發光二極體，該第二開關用以控制所述多個發光二極體的亮度。
15.一種用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，包括一電壓源；第一發光二極體，其中所述電壓源連接到所述第一發光二極體的一端；以及與所述第一發光二極體並聯連接的第一開關，用以控制所述第一發光二極體的亮度。
16.如權利要求15所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括與所述第一發光二極體串聯連接的第二發光二極體；以及與所述第二發光二極體並聯連接的第二開關，用以控制所述第二發光二極體的亮度。
17.如權利要求16所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括與所述第一發光二極體串聯連接的第三開關，用以控制所述第一和第二發光二極體的亮度。
18.如權利要求16所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括一個連接到所述電壓源的低回動調節器，用以產生已調電壓，以供電給所述第一和第二發光二極體。
19.如權利要求15所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括一個連接到所述第一開關的PWM信號，用以控制所述第一開關。
20.如權利要求15所述的用於驅動發光二極體的電路，其特徵在於，還包括串聯連接到所述第一發光二極體的電阻。
全文摘要
本發明提供一種電路，其通過一外置電壓源來驅動多個LED。這些LED是串聯連接的。該電路包括分別並聯連接到每個LED的多個開關，用於單獨控制每個LED的亮度。該電路還包括分別連接到每一開關的多個脈寬調製(PWM)信號，用於單獨控制各個開關。
文檔編號H05B37/02GK1968559SQ20061007781
公開日2007年5月23日 申請日期2006年4月28日 優先權日2005年11月16日
發明者康斯坦丁·布克 申請人:美國凹凸微系有限公司